TAKÁCS CSABA KÉMIA EMLÉKVERSENY, IX. osztály, III. forduló - megoldás 2010 / 2011 es tanév, XVI. évfolyam 1. a) 2008. dec. 30-án, az ENSZ Közgyűlés 63. ülésszakán Etiópia előterjesztésére határozták el. (0,75 p) b) Az ENSZ UNESCO-t és a IUPAC-ot (Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója) jelölte meg fő szervezőként. (0,5 p) c) 2011-ben: (A) 100 évvel ezelőtt, 1911-ben Maria Sklodowska-Curie megkapta a kémiai Nobel-díjat a rádium és a polónium felfedezéséért. (8 évvel korábban, 1903-ban Pierre Curie és Henri Becquerellel együtt fizikai Nobel-díjat is kapott). (0,5 p) Marie Curie 3 rekordot is tart a Nobel-díjak sorában: (1) - első nő, aki kémiai Nobel-díjat kapott; (2) - az egyetlen nő, aki két Nobel-díjat kapott; (3) - egyedüli, akit fizikai és kémiai Nobeldíjjal is kitüntettek. (0,75 p) A fentiek kapcsán ez az évforduló ráirányítja a figyelmet a nők növekvő szerepvállalására a természettudományok területén is. (0,25 p) (B) 100 évvel ezelőtt alapították meg a Kémiai Szervezetek Nemzetközi Szövetségét (International Association of Chemikal Societes). (0,25 p) d) Párizsban, 2011. január 27-én. (0,5 p) e) Életünk és jövőnk, a kémia. ( Chemistry - our life, our future. ) (0,5 p) f) Leírás / fénykép / mass-mediában megjelent anyag, stb. (1,0 p) 2. S. sz. a) kolloid oldat b) reakcióhő Fogalmak c) Hess-törvénye d) Égéshő e) Reakciósebesség f) Felezési idő g) Katalizátorok h) Autókatalízis i) Le Chatelier-elv Meghatározás Olyan oldat, amelyben az oldott anyag részecskéinek átmérője 1 500 nm között van. (0,5 p) Egy kémiai reakciót kísérő hőeffektus. (0,25 p) A kémiai folyamatok reakcióhőjét csak a kezdeti és végállapot határozza meg, és nem függ az esetleges részfolyamatok (közbeeső lépések) számától, sorrendjétől. (1,0 p) Fölös mennyiségű oxigénben történő tökéletes elégetéskor felszabaduló hő. (0,75 p) A koncentráció időegység alatt bekövetkező változása. (0,5 p) Az az időintervallum, amelynek során a kiindulási koncentráció a felére csökken. (0,5 p) Reakciósebességet módosító adalékanyagok. (0,25 p) A reakció során a jelenlévő anyagok közül az egyik katalizátor szerepet is betölt és általában meggyorsítja a reakciót (= a reakció kitermeli a katalizátort). (1,0 p) Amennyiben egy egyensúlyi állapotú folyamatot valamilyen külső hatás ér (p, T, V változás), az egyensúly abba az irányba tolódik el, amely a külső hatást

j) ph k) Elektrolit l) Galvánelem m) Elektrolízis n) Amfoter jelleg o) Protolitikus elmélet p) Egyensúlyra vezető kémiai folyamatok csökkenti. (1,0 p) A H 3 O + - ionok mol/dm 3 koncentrációjának 10-es alapú negatív logaritmusa. (1,0 p) Folyékony halmazállapotú anyagok (oldat vagy olvadék), amelyek vezetik az elektromos áramot. (0,5 p) Olyan berendezés, amelyben a redox típusú kémiai folyamatok energiája elektromos energiává alakul. (0,75 p) Az elektrolitok ionjainak semlegesítése egyenáram hatására. (0,75 p) Azoknak az anyagoknak a tulajdonsága, amelyek savként is, bázisként is viselkedhetnek. (0,5 p) Savak és bázisok meghatározására vonatkozó elmélet, amely szerint savak azok a vegyületek, amelyek vizes oldatban H + -iont (=protont) adnak le, a bázisok pedig ezt veszik fel. (1,25 p) Azok a reverzibilis kémiai folyamatok, amelyekben egyidejűleg átalakulás és visszaalakulás is történik és a két folyamatnak a reakciósebessége azonos. (1,25 p) 3. a) Szénhidrogén neve o.sz. Szerkezeti képlete: C- lánc Szénhidrogén neve o.sz. Szerkezeti képlete: C- lánc n-heptán 0 C-C-C-C-C-C-C 2-metil-hexán 46 (C) 2 C-C-C-C-C 88 (C) 2 C-C(C)-C-C 2-metil-heptán 24 (C) 2 C-C-C-C-C-C 2,3-dimetilhexán 2,3-dimetilpentán 2,2,4-trimetilpentán 79 (C) 2 C-C(C)-C-C-C 100 (C) 3 C-C-C(C) 2 n-oktán 0 C-C-C-C-C-C-C-C b) - A normál C-láncú izomerek összenyomhatósága a legkisebb (o.sz. = 0) - Az elágazó C-láncú izomerek összenyomhatósága a fentiekhez viszonyítva nagyobb. (1,0 p) - Minél több az elágazás és minél rövidebb a főlánc, annál nagyobb az o.sz. (0,5 p) - Az összenyomhatóság mértéke függ a C-lánc szerkezetétől: minél több az oldallánc és minél rövidebb a főlánc, annál könnyebb az adott szénhidrogén összenyomása, mert ezeknek a molekuláknak a térszerkezete a gömbszimmetrikus szerkezethez áll közel. Ezzel ellentétben az egyenes C-láncú, illetve ilyen szerkezeti egységet nagyobb részben tartalmazó C- láncok nem közelítik a gömbszimmetriát. Egyszerűbben: a gömb alakú molekulák az összenyomás során közelebb kerülhetnek egymáshoz, mint a zeg-zugos egyenes C-lűncú izomerjeik. (1,2 p) 4. a) Tiszta szesz a kereskedelemben kapható, 96 %-os töménységű etanol oldat: Ennél töményebbet desztillációval nem lehet elérni, mivel ennél a koncentrációnál az alkohol-víz keverék ún. azeotróp elegyet képez (a hő hatására sem tudnak a vízmolekulák elszakadni az etanol molekuláktól; az etanol oldat sajátos tulajdonsága). (1,5 p) b) Abszolút alkohol a vízmentes, 100 %-os alkohol. Ez az a)-válasz alapján nem keletkezhet a desztillációs folyamatban (fizikai módszerekkel)). A 4 %-nyi vízelvonás az elegyből

kémiai úton valósítható meg, olyan vízelvonó szerekkel, amelyeknek reakcióterméke utólag eltávolítható. Pl. száraz CaO (égetett mész, oltatlan mész), amely reagál a vízzel: Cao + H 2 O Ca(OH) 2. (1,0 p) c) Spiritusz a 30 %-os etanoltartalmú vizes oldat. (0,5 p) d) Denaturált szesz ipari célokra használt, olcsón előállított alkoholt (a spirituszt ) denaturálják = az ember számára kellemetlen szagú anyaggal (piridinnel) keverik azért, hogy az emberi fogyasztásra alkalmatlanná tegyék. (1,5 p) 5. a) - a megadott oxidok (nem peroxid, nem szuperoxid) lehetséges kémiai összetételei: E 2 O, EO, E 2 O 3, EO 2, E 2 O 5, EO 3, E 2 O 7, EO 4 (0,8 p) (Megj. A fenti összetételek feltételezik, hogy az ismeretlen E elem vegyértékállapota az oxidokban I VIII lehet). A fenti összetételeket feltételezve és az adott O-tartalom alapján kiszámított E elem lehetséges értékei: E x O y összetétel esetén, ha 50 % oxigén van: A E = 16x/y (1,0 p) E x O y összetétel esetén, ha 60 % oxigén van: A E = 32x/3y (1,0 p) Képlet M (oxid) 50 % ox 60 % ox Pont E 2 O 2A E + 16 8,0 5,33 0,25 p EO A E + 16 16,0 10,66 0,25 p E 2 O 3 2A E + 3x16 24,0 16,0 0,25 p EO 2 A E + 2x16 32,0 21,33 0,25 p E 2 O 5 2A E + 5x16 40,0 26,66 0,25 p EO 3 A E + 3x16 48,0 32,0 0,25 p E 2 O 7 2A E + 7x16 56,0 37,33 0,25 p EO 4 A E + 4x16 64,0 42,66 0,25 p b) (1) gáz (2) színtelen (3) szúrós (4) mérgező (5) H 2 SO 3 (0,75 p) (6) balra tolódik, mert a H 2 SO 3 instabil (0,5 p) (7) két féle sót képez: szulfitokat és hidrogén-szulfitokat (= biszuulfitok) (0,5 p) (8) a szén, fűtőolaj, benzin, stb. égése során keletkezik a levegő nedvességtartalmával reagálva H 2 SO 3 vá alakul, ez a levegőn kénsavvá oxidálódik, amely a vízcseppekben oldódva savas eső formájában kőmállást, fémek korrózióját, növényzet pusztulását, stb. eredményezi. (1,0 p) (9) CH 3 (CH 2 ) 10 CH 3 + SO 2 + Cl 2 CH 3 (CH 2 ) 10 CH 2 SO 2 Cl + HCl (1,25 p) c) (1) 120 o (0,25 p) (2) S=O kötés (0,25 p) (3) - a SO 3 molekula hő hatására elbomlik (0,75 p) (4) H 2 SO 4 (0,25 p) (5) H 2 C=CH CH 2 CH 3 + H 2 SO 4 H 3 C CH(OSO 3 H) CH 2 CH 3 + H 2 O H 3 C CH(OSO 3 H) CH 2 CH 3 + H 2 O H 3 C CH(OH) CH 2 CH 3 + H 2 SO 4 (1,0 p) 6. a) Egy idő után tappin tással is érezhető, hogy a vatta elkülönül egy szilárd, szemcsés anyagtól. (0,25 p) b) A vatta fent marad a szűrőben, míg a főzőpohárban benne lesznek a keverék szilárd állapotú kis szemcséi. (0,5 p) c) A kis szemcsék (= polimerek) a hozzáadott víz hatására oldódnak. Ezt egyik pohárból a másikba való öntögetés során, fokozatosan változik az elegy állaga, végül egy szilárd gél keletkezik. (1,0 p) d) A c)-pontban keletkezett gél újra folyékony állapotúvá válik. (0,5 p) e) A pelenkában található polimer nagy nedvszívó tulajdonságú: a vattától való szétválasztása után (b) ezek a szemcsék a pohárba kerülnek és a hozzáadott víz hatására A E

oldatot képeznek (a fenti tulajdonságuk miatt). Ez a jelenség azt bizonyítja, hogy a polimer olyan szerkezetű, hogy a poláris vízmolekulákat képes megkötni ezért oldat lesz. (1,0 p) A rázogatás során a víz polimer közötti kapcsolódások fokozódnak (H-híd kötések alakulnak ki), gyakorlatilag minden lehetséges helyen összekapcsolódnak; így az addig oldat állagú elegy gél állapotba megy át. (0,75 p) A szilárd NaCl hozzáadása után azért lesz ismét oldat állapotú az elegy, mert a só ionjai erősebben kötődnek a vízmolekulákhoz, mint a polimer poláris részei, és így egy sóoldatban található polimer elegy keletkezik. (0,75 p) 7. a) (5,0 p) 5 8 6 7 2 3 1 4 9 Helyezd el az 8 6 3 5 4 1 2 7 9 L A U I S E N N L 1-9 számokat I D O S Z G L N T 7 2 4 1 8 9 5 3 6 úgy, hogy a 2 1 4 3 9 7 5 6 8 9x9-es Z Á V I T K Z L N területek D B É Á T T Ö E A 1 9 3 4 5 6 8 2 7 minden 7 5 9 2 6 8 1 3 4 A S R R L T N A Á sorában, L N R L B G E G Ő oszlopában, a 2 6 8 9 7 5 3 1 4 3x3-as 9 3 1 4 2 5 7 8 6 D L S E É G T L G területeken E S N T A Y B L K és az átlók 9 4 5 3 6 1 7 8 2 4 2 8 9 7 6 3 5 1 mentén csak É K S E U G L A A egyszer T N S I E L V E Ö 3 7 1 2 4 8 9 6 5 forduljanak 6 7 5 8 1 3 9 4 2 B T N N K Z T L G elő. R K L R S É E A Ö 8 5 7 6 1 2 4 9 3 6 7 1 5 8 2 1 3 4 6 9 7 O J O Z R K A T T K O Y B B K Y S R E H K 6 1 9 5 3 4 2 7 8 3 5 9 1 4 6 7 5 9 8 2 3 N Z Í F Í A O L Z T E D O L N T A R F J Ü 4 3 2 8 9 7 6 5 1 8 4 2 3 9 7 6 8 2 4 1 5 E Z B T F T L E G É O R N B V A S Ő N A B Olvasd össze a számok 3 2 9 5 6 8 7 1 4 majd a 2-es... 9-es melletti betűket a T J A R M K Á M L számok mellettieket. függőleges oszlopok 1 8 6 4 9 7 2 3 5 mentén, balról jobbra Megj. A szóközöket, haladva, először minden E V Y D L M U A T valamint a szöveg oszlop 1-es számai melletti 5 4 7 1 2 3 8 6 9 mondatait Neked kell betűket, A F R A O E S V N megtalálnos. 7 1 2 6 8 4 9 3 5 2 8 4 6 7 1 2 8 5 3 9 4 E É A T S M É Í E F L T A Ö N Ő É T E E O 5 3 9 2 1 7 8 6 4 7 1 5 9 2 3 4 7 1 5 6 8 A E N É O Ő Ű É A B G K S A M S Z B M T D 6 4 8 3 5 9 7 1 2 9 3 6 4 5 8 6 9 3 2 1 7 E E Ö L D E E E N Ö L A E É Ű I E N A F Ő 8 9 6 5 3 1 4 2 7 Helyes 3 4 6 9 5 8 1 7 2 L Z S Ö T É E B T megfejtés É M Y G G Ű N A B 2 5 4 7 9 6 3 8 1 esetén a 2 8 9 7 1 6 4 5 3 G É E G E É E Í N szénhidrogénekre L B Á K É K T G L 3 7 1 8 4 2 6 5 9 5 1 7 3 2 4 9 8 6 E T H É E Ő Ő N Z vonatkozó E E E S K I D Y E kijelentések 9 6 3 4 2 5 1 7 8 1 6 5 8 3 2 7 4 9 olvashatók. K P T É A Á K Z N B Á É Ű Z O E K 1 2 7 9 6 8 5 4 3 8 9 2 5 4 7 6 3 1 S Z X A L Í T O E E A E N E É L Y L 4 8 5 1 7 3 2 9 6 7 3 4 1 6 9 8 2 5 T J A D N T L Ő E S R E I Ó J O T E

b) A szénhidrogének legnagyobb mennyiségben a földgázban és a kőolajban fordulnak elő. A kőolaj több ezer telített, telítetlen és aromás szénvegyület keveréke. A ma elfogadott elmélet szerint a kőolaj és a földgáz a tengerekben élt és nagy tömegben elpusztult élőlények maradványaiból keletkezett oxigéntől elzárt bomlás következtében. A kőolaj sötét színű, a víznél kisebb sűrűségű folyadék, színe a feketétől a zöldes-barnáig terjedhet. (1,0 p) c) A telítetlen szénhidrogének, mert az adott körülmények között (1-2 km mélység) nagy a nyomás, így a gyenge pi-kötések könnyen felszakadnak és a szénhidrogén telítődik (nyílt vagy gyűrűs C-láncú telített vegyületek keletkeznek.) (1,0 p) d) A szénhidrogéneken kívül változó mennyiségben O-, S- és N-tartalmú szerves vegyületek is előfordulnak a kőolajban. (0,25 p) e) A kőolajat régebben nyersolajnak és / vagy ásványolajnak is nevezték. (0,25 p) CSAK XI.-XII. OSZTÁLYOS VERSENYZŐKNEK KÖTELEZŐ FELADATOK: 8. a) Az alkohol összetételében található HO csoport miatt a molekulák között erős kölcsönhatások = H-híd kötések alakulnak ki; a szénhidrogén molekulák apolárisak így a közöttük kialakult kölcsönhatás minimális. A forráspont értéke azt az energiát jelöli, amely a molekulák eltávolításához szükséges; a fentiek miatt az alkoholmolekulák közötti kölcsönhatás legyőzéséhez magasabb hőmérséklet szükséges. (1,0 p) b) (1) (CH 3 ) 3 C OH (f.p. = 82,55 o C) tercbutil-alkohol; tercbutanol; 2-metil-2-propanol; 2-metil-propán-2-ol (2) H 3 C CH(OH) CH 2 CH 3 (f.p. = 99,5 o C) szekbutil-alkohol; szekbutanol; 2-butanol; bután-2-ol (3) (CH 3 ) 2 CH CH 2 OH (f.p. = 107,9 o C) izobutil-alkohol; izobutanol; 2-metil-1-propanol; 2-metil-propán-1-ol (4) CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH (f.p. = 117,7 o C) n-butil-alkohol; n-butanol; 1-butanol; bután-1-ol (4x0,75=3,0 p) Magyarázat: minél elágazóbb a telített C-lánc, a 109 o 28 es vegyértékszögek annál kevésbé teszik lehetővé az OH csoportok intermolekuláris kapcsolódását; ez a szerkezeti sajátosság az inetrmolekuláris kölcsönhatások egyre kisebb energiáját jelenti, amely folyékony halmazállapotú anyagok esetében a forráspontok értékeiben nyilvánul meg. (1,0 p) c) (1) Minden más tényezőtől eltekintve, általában az anyagok molekulatömegeinek növekedésével nő azok forráspont értéke is. Forráskor a folyékony halmazállapotú anyag gázállapotba megy át, amelynek során a molekulák el kell távolodjanak egymástól. Minél nagyobb a molekulatömeg, annál több energia szükséges az eltávolításhoz. (1,0 p) (2) Glicerin: HO CH 2 CH(OH) CH 2 OH ; M = 92 (0,25 p) 1,5-pentándiol: HO (CH 2 ) 5 OH ; M = 104 (0,25 p) Az ellentmondás: kisebb molekulatömegű vegyületnek nagyobb a forráspontja. A glicerinnek mindhárom C-atomján poláris OH-csopor található, így ezek a molekulák egymás között többszörös H-híd kötést létesítenek, szemben a pentándiol molekulával, ahol ezek száma kevesebb. Egy másik tényező: a glicerin molekula elágazó szerkezete miatt, kisebb térfogatú, mint a megadott diol molekula és ez is meghatározza az intermolekuláris erőket. A fenti két tényező miatt itt nem a molekulatömeg, hanem a molekulák közötti kölcsönhatások határozzák meg a forráspont értékét. (1,5 p)

d) Általános szabály: a hasonló szerkezetű molekulákból álló anyagok egymásban oldódnak. A víz poláris molekulákból áll, míg a benzin apoláris szénhidrogének elegye. Az alkohol molekulák polarítását a benne található OH-csoport határozza meg: kis C-atom szám esetén a poláris jelleg dominál, de a C-atomok számának növekedésével az apoláris szénhidrogénlánc jellege dominál. (2,0 p)